L'étude présentée dans ce travail a pour objectif d'apporter une amélioration de la description du couplage entre les déformations et les écoulements pour la modélisation pétrolière de la production des réservoirs fracturés. La perturbation de l'état d'équilibre initial dans le réservoir par l'extraction des hydrocarbures et / ou l'injection de fluides peut induire des déformations à la fois de la matrice poreuse et des fractures. Ces dernières représentent les chemins d'écoulement préférentiels des hydrocarbures et leur déformation peut modifier considérablement la récupération des ressources en place. Les simulations conventionnelles des réservoirs fracturés reposent sur une description homogénéisée simplifiée dite 'double milieu' et supposent que le milieu n'est pas déformable. Nous proposons tout d'abord une généralisation de ces modèles au cas des milieux déformables en construisant un modèle hydromécanique complètement homogénéisé à l'aide des méthodes d'homogénéisation asymptotique. Nous présentons ensuite une estimation des coefficients poromécaniques des milieux fracturés à partir des lois de comportement expérimentales des fractures ainsi qu'une méthodologie de réactualisation de la perméabilité des fractures. Dans le cadre de simulations industrielles pétrolières, un modèle poromécanique basé sur ces résultats et un modèle de réservoir sont utilisés séquentiellement afin de satisfaire l'ensemble des équations d'équilibre mécanique et d'écoulement. A l'aide de simulations hydromécaniques nous reproduisons l'impact de la fermeture et / ou de l'ouverture des fractures sur la production des ressources en place pour des schémas de production primaire et secondaire / This study aims at providing a better description of the coupling effects between deformation and flow for the simulation of the production of fractured reservoirs. The modification of the initial equilibrium state of stress in the reservoir, due to hydrocarbon extraction and /or fluid injection, may lead both the porous matrix and the fracture network to suffer deformation. As the fractures usually constitute the preferentially flow pathways, their deformation may considerably affect the recovery of the resources in place. Simulations of fractured reservoir usually make use of homogenized and simplified description referred to "double porosity" model and assume a non-deformable fractured medium. We first develop a generalization of these models to the case of double porosity defolmable media building a fully homogenized hydromechanical model. Then, we both investigate estimations of the poromechanical coefficients for fractured media based on experimental behaviour laws of fractures and present a methodology for the actualization of the fracture permeability. In the framework of the industrial simulation of fractured reservoirs, a poromechanical simulator based on these results and a reservoir simulator are sequentially combined to satisfy the set of equations of mechanical equilibrium and flow. In this study, hydromechanical simulations reproduce the impact of the fracture closure and/or re-opening on recovery efficiency during primary and secondary production schemes of fractured reservoirs

Certaines applications industrielles nécessitent des niveaux d’étanchéité exceptionnels pour permettre la réalisation d’un vide poussé ou pour répondre à des enjeux de sécurité radiologique par exemple. Ces niveaux de haute étanchéité statique sur des assemblages démontables sont obtenus à l’aide de joints entièrement métalliques. La fuite résultante de l’assemblage n’est due qu’à la persistance d’un champ des ouvertures à l’interface entre le joint d’étanchéité et la bride d’assemblage, conséquence d’un contact imparfait entre les deux surfaces rugueuses. Le champ des ouvertures à l’interface de contact est assimilable à une fracture rugueuse hétérogène, de nature multi-échelle, et peut en principe être obtenu par un calcul de déformations mécaniques préalable. Dans ce travail, on s’intéressera plus particulièrement à l’écoulement gazeux raréfié dans le régime glissant au sein de cette fracture. Pour les régimes modérément raréfiés,l’écoulement est modélisé par l’équation de Reynolds faiblement compressible avec correction de glissement de premier ordre aux parois que l’on développe. On effectue ensuite un changement d’échelle par la méthode de la prise de moyenne volumique, permettant d’établir un modèle macroscopique d’écoulement à l’échelle d’un élément représentatif, où le débit massique est relié au gradient de pression via le tenseur de transmissivité. Celui-ci, caractéristique de l’élément représentatif de fracture, est calculé par résolution d’un problème de fermeture et est dépendant de la microstructure ainsi que du libre parcours moyen représentatif sur l’élément. Pour remonter à l’écoulement dans l’ensemble de la fracture, hétérogène à cette échelle, celle-ci est subdiviséeen pavés sur chacun desquels est calculé un tenseur de transmissivité local par la méthode sus-citée. Ensuite, l’écoulement dans ce champ de tenseurs est résolu par une méthode des éléments finis de frontière, donnant la transmissivité apparente glissante du joint dans son ensemble. Cette approche à deux échelles, vue comme outil d’aide à la conception, permet une réduction de la complexité de calcul par rapport à une simulation directe, rendant possible une analyse plus efficace du comportement d’un système d’étanchéité. Pour valider l’utilisation du modèle de glissement d’un point de vue macroscopique et s’affranchir des incertitudes sur le calcul de déformation mécanique, des puces nanofluidiques de type réseau hétérogène de canaux droits sont fabriquées par photolithographie par niveaux de gris. Des essais expérimentaux de mesure de fuite sont réalisés sur ces géométries modèles, représentant des joints idéalisés. Ces essais sont effectués en appliquant une forte différence de pression d’hélium par utilisation d’un spectromètre de masse mesurant la fuite, produisant une condition de vide en sortie de puce.Selon les puces, les régimes de raréfaction atteints vont alors du régime glissant au régime moléculaire. Le débit de fuite mesuré est alors supérieur à celui prédit par le modèle de premier ordre, l’écart restant inférieur à un ordre de grandeur quel que soit le régime

Traitement et séchage de sol-gels est une pratique utilisée couramment dans l'industrie en raison du grand nombre d'applications existantes pour les produits en aval. Parmi eux, un produit spécifique capte une grande attention en raison de son élevé potentiel principalement pour l’application dans l'isolation thermique résidentielles, industrielles et même l'aérospatiale. Ce type de produit, appelé aérogel est un matériau dont la structure nanoporeuse marque une très faible densité et de conductivité thermique. La production d'aérogel peut être réalisée par diverses méthodes en fonction de la technique de séchage utilisée pour évacuer le liquide retenu dans les pores de gel: Tourner autour du point triple, franchissant la ligne d'évaporation ou contourner le point critique. L'objet de cette thèse consiste à fournir la base technologique nécessaire pour le développement d'un programme de la commercialisation industrielle des aérogels. A cet effet, la poursuite soutiendra sur la compréhension et l'identification de la présente maturité technologique, le développement et la mise à l'échelle d'un processus et de produits optimisés, et l'évaluation d'un plan d'affaires pour la production commerciale d'aérogels. L'environnement dans lequel s’effectue cette thèse se compose de deux domaines différents. Une consisté dans la conception, construction et opération des équipements spécifiques au sein de SEPAREX, et l'autre était dirigé dans la participation et la gestion de quatre projets européens du 7ème framework program: AEROCOINs, AerSUS, HIPIN et RESEEPE. Tous engagée dans la recherche et le développement de divers matériaux à base d’aérogels pour des applications dans l'isolation et la rénovation des bâtiments et dans l'isolation des vaisseaux spatiaux et des satellites. SEPAREX a participé en tant qu'expert dans le procédé de séchage de ces matériaux et aussi comme expert dans la conception et la mise à l'échelle d'équipements pour le processus concerné / Processing and drying of sol-gels is a widely practice used in industry due to the large number of existing applications for the downstream products. Among them, a specific product captures a great attention due to its high potential mainly for thermal insulation as residential, industrial and even aerospace applications. This product type, called aerogel, is a nanoporous material whose structure having extremely low density and thermal conductivity. Aerogel production can be carried out by various methods depending on the drying technique used to evacuate the liquid retained within the gel pores: Turning around the triple point, crossing the evaporation line or turning around the critical point. The purpose of the present thesis is to provide the technological basis required for the development of a program for the industrial commercialization of aerogels. For this purpose, the survey shall cover the understanding and identification of the present technology maturity, the development and scaling of an optimized process and products, and evaluation of a commercial business plan for the production of aerogels. The environment in which takes place this thesis is comprised in two different areas. One consisted in designing, construction and operation of a specific equipment within SEPAREX, and the other one was led in participation and management of four European projects of the 7th framework program: AEROCOINs, AerSUS, HIPIN and RESEEPE. All of them engaged in the research and development of diverse aerogels-based materials for applications in insulation and retrofitting of buildings and insulation of spacecraft and satellites. SEPAREX participated as expert in the drying process of such materials and also as expert in the design and scale-up of equipment for the process therefore

Les effets d’échelle sur la résistance mécanique des matériaux, i.e. le fait que plus un échantillon de matière est grand, plus, en moyenne, sa contrainte à rupture sera faible, déjà soulignées par Leonardo da Vinci et Edmée Mariotte il y a des siècles, demeurent de nos jours un problème crucial pour établir des règles de sécurité et de conception de grandes structures à partir de données de laboratoire. Ces effets d’échelle sont généralement expliqués soit par une approche déterministe qui prédit une résistance asymptotique non nulle mais, par construction, ne tient pas compte des fluctuations de la résistance moyenne et de leur dépendance vis-à-vis de la taille, ou d'une approche statistique basée sur la théorie du maillon le plus faible qui implique une résistance nulle pour un système de taille infini.Récemment, un cadre alternatif a été proposé sur la base d’une interprétation de la rupture en compression des matériaux hétérogènes comme une transition de phase critique entre un état intact et un état rompu. Cette interprétation libère les hypothèses de base de la théorie du maillon le plus faible comme la fragilité extrême et l’indépendance entre évènements de microfracturation et prédit qu’un système de taille infinie conservera une résistance mécanique non nulle (σ_∞ ) mais une variabilité associée de la résistance nulle. En appliquant ce cadre critique, les effets d’échelle statistique sur la résistance en compression du béton, un matériau quasi-fragile typique et important en génie civil, sont étudiés dans cette thèse.A partir d’une importante série d’expériences de compression uniaxiale (527 essais) qui a été réalisée sur des échantillons du béton de quatre tailles différentes et trois microstructures différentes, nous démontrons (i) l’échec de la théorie du maillon le plus faible dans ce cas ; et au lieu de cela (ii) la pertinence du cadre critique pour tenir compte des effets d’échelle sur la résistance à rupture en compression du béton, en termes de valeur moyenne, de fluctuation associées et de probabilité de défaillance. A partir d’une analyse détaillée de la microstructure de nos matériaux, nous montrons que la structure des pores, plutôt que les aggrégats, joue un rôle important sur les effets d’échelle sur la résistance à rupture en compression. Dans ce cadre, la résistance asymptotique (σ_∞ ) représente la véritable résistance caractéristique en compression (f_ck ), qui est une propriété essentielle pour la conception de structures à grande échelle et pour le contrôle de la qualité du béton.En conséquence du rôle important de la structure des pores sur les effets d’échelle sur la résistance en compression des bétons à faible porosité, lors de l'estimation de la résistance caractéristique à partir d'une série d'essais avec une seule taille d'échantillon, une condition sur cette taille par rapport à la taille caractéristique de la structure des pores est proposée. / Size effects on mechanical strength, i.e. the fact that larger structures fail under lower stresses than smaller ones, already highlighted by Leonardo da Vinci and Edmée Mariotte centuries ago, remain nowadays a crucial problem to establish structural design rules and safety regulations from an upscaling of laboratory data. These size effects are generally explained either from a deterministic energetic approach that predicts a non-vanishing asymptotic strength but, by construction, does not account for fluctuations around the mean strength and their size dependence, or from a statistical approach based on the weakest-link theory that implies a vanishing strength towards large scales.Recently, an alternative framework has been proposed based on an interpretation of compressive failure of heterogeneous materials as a critical transition from an intact to a failed state. This critical interpretation releases the underlying hypotheses of the weakest-link theory, pure brittleness and the independence of damage events, while predicting a non-vanishing asymptotic mean strength (σ_∞ ) but vanishing intrinsic fluctuations at large scales. The application this framework to the statistical size effects on compressive strength of concrete, a typical quasibrittle material of tremendous importance in civil engineering, is investigated in this thesis.From an extensive series of uniaxial compression experiments (527 tests) carried out on concrete samples with four different sizes and three different microstructures, we demonstrate (i) the failure of the weakest-link theory in this case, and instead (ii) the pertinence of the critical framework to account for size effects on compressive strength of concrete, in terms of average strength, associated fluctuations, and probability of failure. From a detailed analysis of the microstructural disorder of our materials, we show that the pore structure, rather than the concrete mix, plays a significant role on size effects on strength. In this framework, the asymptotic strength (σ_∞ ) represents the genuine characteristic compressive strength (f_ck ) of the material, a key property for the dimensioning large-scale structures from an upscaling of small-scale laboratory mechanical tests and for the quality control of concrete.As a consequence of the leading role of the pore structure in controlling the size effects on compressive strength of low-porosity concretes, when estimating the characteristic (asymptotic) strength from a series of tests with a single sample size, a condition on this size with respect to the characteristic scale of pore structure is proposed to be fulfilled.

L'arrivée massive de la production décentralisée, l'intégration de technologies d'information et de communication et de convertisseurs d'électronique de puissance permettent aux réseaux électriques de devenir plus flexibles, plus accessibles, plus efficaces. Mais ils deviennent aussi plus complexes et plus difficiles à modéliser, à analyser et à dimensionner. Dans cette thèse, nous allons nous focaliser sur le problème de la modélisation dynamique du réseau électrique. En effet, la complexité du fonctionnement du réseau électrique moderne rend encore plus indispensable de comprendre comment il se comporte suite à des perturbations ou tout simplement à des changements de son état de fonctionnement. C'est cette compréhension qui doit permettre d'éviter que le réseau perde sa stabilité. Grâce aux modèles développés dans la thèse, on veut notamment retrouver des liens de connaissance forts entre le comportement dynamique et les propriétés topologiques du réseau. On espère ainsi pouvoir fournir à termes des préconisations pour l'évolution des topologies de réseaux ou de leurs modes d'exploitation. Pour mener à bien ce travail, l'invariance d'échelle d'un réseau électrique est tout d'abord explorée. Pour cela, des méthodes issues de la géométrie fractale sont exposées et appliquées à des réseaux réalistes. Partant du constat que les réseaux électriques étudiés présentent une invariance d'échelle sur une plage d'observation importante, une nouvelle modélisation dynamique est proposée. Cette modélisation a l'intérêt d'une représentation plus parcimonieuse que les représentations classiques par des approches boite noire et permet de conserver des liens de connaissance avec entre la topologie et les propriétés dynamiques. / The influx of distributed generation, the integration of information as well as communication technologies and the integration of electronic power converters allows electrical grids to become more flexible, more accessible and more effective. However they become at the same time more complex thus making the modeling, analyzing and sizing more difficult. This thesis will focus on the problem of dynamic modeling of electrical networks. Indeed, the operation's complexity of the modern power grid makes it even more essential to understand how it behaves after disturbances or just simply after changes in operation condition. It is this understanding that should allow one to prevent the case that the system loses its stability. With models developed in this thesis, we particularly want to find strong links between the dynamic behavior and the topological properties of the network. It is hoped to provide eventually propositions for evolution of topology or operation modes of networks. To carry through this study, the scale invariance of an electrical network is first explored. For this purpose, methods issued from fractal geometry are presented and applied to realistic networks. Noting that the considered electrical networks exhibit scale invariance over a large observation range, a new dynamic modeling is proposed.

Ce travail de thèse poursuit l’objectif d’une simulation numérique multiéchelle d’un assemblage de réacteur à neutrons rapides. Malgré la puissance croissante des ordinateurs, la CFD fine complète d’un tel système demeure extrêmement coûteuse dans un contexte de recherche et développement. Nous proposons alors, une fois déterminé le comportement thermohydraulique moyen de l’assemblage, de reconstruire localement l’information aux fines échelles, l’ensemble de la démarche requérant un temps de calcul bien moindre qu’une simulation de la totalité de la structure. La description à l’échelle moyenne est obtenue soit par le formalisme de prise de moyenne volumique en milieu poreux, soit via une approche alternative historiquement développée pour les assemblages de RNR-Na. Elle fournit des informations utilisées comme contraintes d’un sous-problème de raffinement d’échelle, par l’intermédiaire d’une technique de pénalisation des équations de conservation locales. Ce sous-problème exploite le caractère périodique de la structure en s’appuyant sur des conditions aux limites de périodicité des champs recherchés ou de leur déviation spatiale. Après validation des méthodologies sur des applications modèles, nous entreprenons leur mise en oeuvre sur des configurations « industrielles » qui démontrent la viabilité de cette approche multiéchelle. / The present work is devoted to a multiscale numerical simulation of an assembly of fast neutron reactor. In spite of the rapid growth of the computer power, the fine complete CFD of a such system remains out of reach in a context of research and development. After the determination of the thermalhydraulic behaviour of the assembly at the macroscopic scale, we propose to carry out a local reconstruction of the fine scale information. The complete approach will require a much lower CPU time than the CFD of the entire structure. The macroscale description is obtained using either the volume averaging formalism in porous media, or an alternative modeling historically developed for the study of fast neutron reactor assemblies. It provides some information used as constraint of a downscaling problem, through a penalization technique of the local conservation equations. This problem lean on the periodic nature of the structure by integrating periodic boundary conditions for the required microscale fields or their spatial deviation. After validating the methodologies on some model applications, we undertake to perform them on “industrial” configurations which demonstrate the viability of this multiscale approach.

Cette étude porte sur la modélisation de la durée de vie à l'écaillage des barrières thermiques pour aubes de turbines aéronautiques. La caractérisation expérimentale de l'adhérence du revêtement combine l'identification de la durée de vie - qualifiée par l'écaillage macroscopique de la céramique - à une caractérisation de l'endommagement à l'échelle de la microstructure du revêtement et en particulier à la dégradation des interfaces céramique / oxyde / métal. Des essais de compression uniaxiale sur des éprouvettes en AM1 revêtues NiAlPt et YSZ par EB-PVD, vieillies en fatigue thermique et mécano-thermique permettent d'estimer l'adhérence du revêtement. Ces essais sont complétés par des essais de propagation du délaminage interfacial par compression. Un essai original de compression in situ en laminographie aux rayons X a également permis d'analyser l'écaillage et la propagation du front de délaminage. Tous ces essais sont instrumentés et équipés de moyens d'observation permettant de réaliser des mesures de surfaces délaminées ou écaillées et de déterminer leur évolution en fonction des déformations locales mesurées.Une analyse microstructurale complète l'étude afin de comprendre l'influence du vieillissement thermique ou mécano-thermique sur l'évolution de l'endommagement du système. Cette analyse porte sur les mécanismes d'oxydation, de diffusion, de changement de phase principalement dans l'oxyde et la sous-couche. Elle est complétée par l'étude de l'ondulation de surface au cours du cyclage thermique, phénomène de « rumpling », et de ses conséquences, notamment au niveau de l'endommagement global de l'interface et de son adhérence. Le lien entre endommagement de l'interface à l'échelle d'imperfections de rugosité (quelques microns) et de la propagation d'une fissure d'interface (quelques dizaines à quelques centaines de microns) est analysé numériquement par la méthode des zones cohésives.Ces deux études complémentaires ont permis d'établir un modèle phénoménologique de durée de vie à l'écaillage. Celui-ci se base sur une estimation de l'énergie contenue dans la couche de céramique comparée à la valeur théorique d'énergie critique à rupture obtenue par un modèle d'endommagement, fonction de l'oxydation et des paramètres de chargement mécano-thermique. Ce modèle est implémenté en post-processeur d'un calcul par éléments finis facilitant son utilisation industrielle. / This study aims to model lifetime of thermal barrier coating (TBC) used on aircraft turbine blades. Experimental characterization of the coating adherence combines the lifetime identification – described by macroscopic spallation of the ceramic – with damage estimation trough the analysis of the influence of the microstructure of the coating and evolutions of interfaces ceramic / oxide / metal.Adherence of the ceramic is assessed using uniaxial mechanical compressive tests on AM1 specimen coated with NiAlPt bond coat and EB-PVD yttria stabilized zirconia varying the thermal and thermo-mechanical fatigue ageing conditions. Those tests are completed with analysis of interfacial crack propagation. A pioneering in situ compressive test using X-ray laminography has also been developed to analyze spallation and further delamination. The use of in-situ surface imaging by CCD cameras has enabled measurement of delaminated or spalled areas as function of measured local strain.The influence of thermal or thermo mechanical ageing on damage evolution of TBCs is studied through a microstructural analysis. Oxidation, diffusion and phase transformation mechanisms in the alumina and the bond coat are main parts of this analysis. Moreover the oxide rumpling and its consequences have been detailed, particularly through the measurement of global interfacial damage and adherence evolution. The link between interfacial damage at the scale of local defects (few microns) and the propagation of an interfacial crack (from tens to hundreds of microns) is numerically analyzed with a cohesive zone model.Those two spatial length of analysis were used to build a phenomenological lifetime model to spallation. This model was based on the assessment of the elastic strain energy stored in the ceramic layer and it comparison to fracture energy. A damage model is used to model the fracture strain energy evolution as a function of oxidation and thermo mechanical loading. This model is implemented in post processor of a FEM analysis, making its industrial use easier.

Bien que la prévision saisonnière soit opérationnelle depuis quelques années, son application à l’hydrologie reste encore aujourd’hui moins développée. La prévision saisonnière hydrologique peut pourtant se révéler être un outil potentiellement utile pour prévoir quelques mois à l’avance les caractéristiques hydrologiques, comme les conditions d’humidité des sols ou les débits des rivières. L’objectif de cette thèse est d’évaluer le potentiel de la chaîne hydrométéorologique Hydro-SF pour prévoir les débits et l’humidité des sols à l’échelle de la saison en France métropolitaine pour la gestion des ressources en eau, et plus particulièrement l’anticipation de sécheresses et des basses eaux. Pour cela, dans un premier temps, les différentes sources de prévisibilité du système hydrologique, ainsi que l’apport de la prévision saisonnière par rapport à une prévision climatologique, sont évaluées sur la période de 1960 à 2005 au printemps (trimestre Mars-Avril-Mai). Ces résultats, qui font l’objet d’un article publié, montrent alors qu’une part importante de la prévisibilité du système hydrologique provient : de la neige pour les bassins de montagne, de la nappe souterraine modélisée dans le bassin de la Seine, et du forçage atmosphérique pour les plaines en France. De plus, plusieurs forçages du modèle de climat ARPEGE sont comparés, et l’apport de la prévision saisonnière par rapport à la climatologie est constaté sur le Nord-Est de la France. Ensuite, compte-tenu de l’importance des forçages atmosphériques dans les résultats obtenus précédemment en zone de plaine, un travail spécifique sur la descente d’échelle des prévisions saisonnières météorologiques est réalisé. Les températures et les précipitations issues des prévisions saisonnières sont désagrégées grâce à une méthode statistique complexe : la classification par type de temps et analogues avec DSCLIM. Cette désagrégation est ainsi comparée à la méthode implémentée jusqu’à présente, basée sur une simple interpolation spatiale et des calculs d’anomalies standardisées. Ce travail sur la descente d’échelle s’effectue toujours sur la période du printemps, et permet ainsi de constater que son apport par rapport à la descente d’échelle simple auparavant utilisée reste mitigé autant pour les paramètres de surface du forçage atmosphérique que pour les variables hydrologiques. Quelques pistes d’études plus poussées sur la descente d’échelle des prévisions saisonnières sont ainsi proposées pour l’avenir. Enfin, des prévisions saisonnières hydrologiques sont réalisées pour la saison de l’été (Juin-Juillet-Août), période où ont lieu les plus fortes tensions sur les différents usages de l’eau du fait des faibles débits et des sécheresses. Ce thème est alors documenté à l’aide de quatre expériences de prévisions avec des dates d’initialisations différentes (de Février à Mai) pour évaluer la chaîne Hydro-SF sur la période de débits estivaux en France, mais aussi pour connaître la date optimale d’initialisation des prévisions et permettre la meilleure anticipation d’éventuelles sécheresses. Les résultats sont intéressants puisqu’ils montrent des scores significatifs à partir des prévisions initialisées au mois d’Avril, surtout pour les bassins en aval des montagnes dont la prévisibilité dépend de la couverture neigeuse, et le bassin de la Seine où l’influence de la nappe modélisée sur les débits des rivières augmente par rapport au printemps. Comme pour le printemps, l’apport de la prévision saisonnière pour le système hydrologique est évalué et montre une valeur ajoutée sur le Sud de la France. / Although seasonal meteorological forecasts are operational for several years, their application to hydrology remain less developed. However, seasonal hydrological forecasts can be a useful tool to forecast a few months in advance hydrological characteristics like soil moisture or river flow. The aim of this thesis is thus to evaluate the potential of the Hydro-SF hydrometeorological forecasting suite to forecast river flow and soil moisture at seasonal time scale over France, for the water resources management, especially for the anticipation of droughts and low flows. To address this goal, the different sources of predictability of the hydrologic system, and the added value of seasonal forecasts compared with climatologic forecasts, are evaluated for the spring season (March-April-May) from 1960 to 2005. The results, already published, show that an important part of the predictability comes from : the snow cover over high mountains, the large and complex aquifer simulated for the Seine catchment, and the atmospheric forcing over most plains. Moreover, differents atmospheric forcings from the climate model ARPEGE are confronted, and the added value of seasonal forecasts compared with climatologic forecasts is observed over the North-East of France. Secondly, as the importance of atmospheric forcing over most plains is seen with the precedent results, a specific work is done on downscaling. The meteorological surface parameters from seasonal forecasts are disaggregated using a complex statistic method : weather types classification and analogs with DSCLIM. This disaggregation is compared with the method implemented before with a simple spatial interpolation and calculation of standardized anomalies. This work is always realized for the spring season, and bring out that the contribution of DSCLIM compared with the simple method used before, is ambivalent for atmospheric forcing and hydrological variables. Several others investigations about downscaling of seasonal forecast are thus needed, and suggestions are done for future work. Finally, in the context of water resources management, seasonal hydrological forecasts are done for summer (June-July-August), when water uses conflicts are at a maximum because of low flows and droughts. This topic is addressed using four forecasting experiments with differents initializations (from February to May), in order to assess the potential of the Hydro-SF suite over the period of summer low flow over France, but also in order to determine the optimal initialization forecast for the best anticipation of possible droughts. Results are interesting as they show significant scores with an initialization of seasonal forecasts from April, especially for : catchment located downstream from mountains where the hydrological predictability depends on snow cover, and the Seine catchment where the importance of the contribution of the groundwater for river flow increase in summer compared with spring. In the same way that for spring, the added value of seasonal forecasting for the hydrological system is evaluated and located, for summer, in the South of France.

Pour la future génération d’aimants supraconducteurs à hauts champs magnétiques refroidis avec de l’hélium superfluide comme les prochains aimants développés pour l’amélioration des performances du Large Hadron Collider (LHC), les ingénieurs prennent en considération l’utilisation de supraconducteurs en niobium-étain. Dans leur environnement, ces aimants supraconducteurs vont être soumis à des pertes thermiques bien plus importantes que celles des aimants actuels des accélérateurs de particules. Alors que la résistance thermique due aux isolations électriques des câbles supraconducteurs constitue la principale résistance thermique au refroidissement, un nouveau type d’isolation, à base de céramique poreuse, est considéré. Afin de comprendre la capacité de refroidissement et la stabilité thermique de ces aimants, il devient alors nécessaire d’étudier les transferts thermiques en hélium superfluide dans les milieux poreux. Dans ce but, plusieurs dispositifs expérimentaux ont été mis au point afin de tester des milieux poreux modèles dont on connaît les principales caractéristiques (taille de pore, porosité, épaisseur). Par ailleurs, une étude théorique utilisant une méthode de changement d’échelle de type prise de moyenne volumique a permis d’obtenir une modélisation macroscopique des phénomènes étudiés et a montré la validité de la loi de Darcy en hélium superfluide sous certaines hypothèses. Ceci a été vérifié par des simulations numériques directes. Les résultats expérimentaux ont permis de mettre en exergue différents résultats ; tout d’abord, le régime d’écoulement est fonction de la taille des pores. Pour les pores les plus petits (10-7 et 10-6 m), le régime d’écoulement est le régime de Landau et ceci a permis de calculer la perméabilité en He II. Pour des tailles de pores de 10-5 m, le régime d’écoulement est le régime de Gorter-Mellink et les transferts de chaleur ont pu être modélisés à partir de la loi de Gorter-Mellink en introduisant la notion de tortuosité / For the next generation of high field magnets cooled with superfluid helium like magnets for the next particles accelerator or the upgrade of the Large Hadron Collider (LHC), engineers are taking into consideration the use of Nb3Sn superconductors. In their environment, these superconducting magnets will undergo much higher heat losses than in current particles accelerator. Since the thermal resistance due to the electrical insulations of the superconducting cables constitutes the main thermal resistance for cooling, new type of insulation, based on ceramic materials, are considered. In order to understand the cooling capacity and the thermal stability of these magnets, it is necessary to investigate the heat transfer through porous media in superfluid helium. In this purpose, several experiments were set up in order to study porous medium models for which we know the main characteristics (average pore size, porosity, thickness). Also, a theoretical study using an up-scaling method of type volume averaging allowed a macroscopic modeling of the studied phenomena and showed that Darcy’s law is valid in superfluid helium under given hypothesis. This has been verified by direct numerical simulations. Experimental results allowed to highlight several results; first, the flow regime depends on the pore size diameter. For the smallest pore (10-7 and 10-6 m), the flow regime is the Landau regime and this permitted to calculate the permeability in He II. For an average pore size of 10-5 m, the flow regime is the Gorter-Mellink regime and heat transfer were modeled using the Gorter-Mellink’s law by introducing the notion of tortuosity

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel